Mainboards (Motherboard):

 

Einleitung:

Das Mainboard, auch Hauptplatine genannt, enthält die wichtigsten Bestandteile des Rechners wie das BIOS oder den Chipsatz. Die Steckplätze für Erweiterungskarten, so genannte Slots sind ebenfalls auf der Platine montiert, ebenso die Anschlüsse für die Peripherie also den Verbindungspunkten für die externe Datenkommunikation. Neben dem Arbeitsspeicher wird auch die CPU auf dem Board montiert.

Die Hauptplatine:

Die Hauptplatine beinhaltet die gesamte Steuerungslogik für den Computer, in der Regel den Prozessor, in einem speziellen Sockel und den so genannten Chipsatz, der aus einer Reihe integrierter Bausteine (ICs) besteht. Auf ihr sitzen auch der Hauptspeicher und ggf. die so genannten Cache-Speicher-Chips (Second-Level-Cache), falls dieser nicht in der CPU befindlich ist, mit denen der Prozessor arbeitet und die für die Datenspeicherung zuständig sind. Auf modernen Pentium-Bords befinden sich auch noch zahlreiche Schnittstellen, an die beispielsweise Drucker, die Maus oder ein Modem angeschlossen werden können, sowie Festplatten- und Disketten-Controller.

Je nach Qualität des Mainboards sind mehr oder weniger viele Anschlüsse und/oder Bauteile vorhanden wie Sie aus der folgenden Liste entnehmen können:

• CMOS für Systemeinstellung + Uhr
• Prozessor
• Taktgenerator
• Festspeicher: System BIOS
• Arbeitsspeicher (RAM)
• Festplatten- und Disketten-Controller
• Schnittstellen
• Steckplätze für Erweiterungskarten
• Serielle und parallele Schnittstellen,
• PS/2 Maus und
• Keyboard,
• USB,
• FireWire,
• Netzwerk (RJ 45),
• Game,
• MIDI,
• Modem
• Anschluss für die Spannungsversorgung und diverse anderen Anschlüssen, die man heute auf einem Mainboard finden kann um etwa Lüfter anzuschließen oder Sensordaten zu übertragen.

 

Schnittstellen:

Für den Anschluss eines externen Gerätes ist eine definierte Schnittstelle erforderlich. Mittlerweile werden nur noch Motherboards als ATX hergestellt. Das bedeutet ausschließlich PS/2 - Anschlüsse für Maus und Tastatur. Anders als bei alten AT - Motherboards, bei denen es einen DIN - Tastaturanschluss gab und die Maus an der Seriellen (meist Com1) Schnittstelle angeschlossen wurde. Moderne Tastaturen oder Mäuse werden über die USB - Schnittstelle angeschlossen.

Die Schnittstellen bei einem Motherboard: PS/2 Anschlüsse für Maus und Tastatur, eine serielle Schnittstelle (mint), VGA-Monitoranschluss (blau), eine rote Parallelschnittstelle (LPT1) für ein älteres Druckermodell, daneben 2 USB-Stecker und darüber ein RJ-45 Netzwerkanschluss, etwa für DSL. Rechts außen befinden sich die Anschlüsse für die Soundkarte sowie ein Anschluss für ein Joystick.

Schnittstellen eines Motherboards

Motherboard von oben gesehen

AGP (1) und 4 PCI - Slots

Sockel A für den Prozessor

PS/2 Schnittstellen (grün für Maus, violett für Tastatur)

Slots für Prozessoren:

ZIF Sockel 7:

Als die Zeit der 486'er Hauptplatinen kam, wurde auch der Sockel 7 eingeführt. Wie alle anderen Komponenten wurde auch dieser Sockel ständig weiter entwickelt. Hieraus entstand dann der Super Sockel 7. Dieser konnte bereits schon mit 100 MHz Systemtakt angesteuert werden. Der Sockel konnte zu diesem Zeitpunkt verschiedene Arten von Prozessoren aufnehmen. Hier war es noch egal, von welcher Firma sie kamen. Ob AMD, Intel oder Cyrix, alle passten auf diesen Sockel. Leicht zu erkennen ist er daran, das nur an einer Ecke ein Loch zur Aufnahme eines Pins der CPU fehlt. Die Versorgungsspannung dieses Sockels bzw. der CPU’s lag zwischen 2,0 Volt und 3,5 Volt.

Hier einige Beispiele von CPU's, die dieser Sockel aufnehmen konnte: Intel Pentium 233 MMX, AMD K6-2 450, 500, 533 MHz AMD K6-3 400, 450 MHz, Cyrix PR 300, 333

Sockel 370:

Der Sockel 370 (auch unter dem Namen "FCPGA" bekannt) ist dem Sockel 7 im Aussehen ähnlich. Hier fehlen jedoch, um die Sockel besser zu unterscheiden, an zwei verschiedenen Ecken die Löcher, die die Pins der CPU aufnehmen können. Der Sockel 370 wurde mit dem Celeron-Prozessor von Intel auf dem Markt gebracht. Heutzutage kann dieser Sockel auch die Pentium III CPU's aufnehmen. Die Geschwindigkeit des Systemtakts wurde stetig verbessert. Angefangen bei 66 MHz Taktfrequenz konnte dieser bald bis 133 MHz Taktfrequenz und zum Teil auch mehr verkraften, sofern das die CPU mitmachte. Die Versorgungsspannung der CPU war ähnlich wie beim Sockel 7. Hier hatte man aus Erfahrung jedoch die Versorgungsspannung schon reduziert. Sie reichte von 2,0 Volt bis 3,3 Volt. Beispiele der CPU's: Hier braucht man nicht viel schreiben, dieser Sockel war einzig und allein für die Intel - CPU's konstruiert worden. Hier waren alle Celeron- und Pentium III- CPU's zu Hause.

Slot 1:

Ein weiterer Schachzug aus dem Hause Intel war der Pentium II. Dieser benötigte auch einen eigene Steckplatzvariante. Hier kam dann der Slot 1 zu tragen. Man versuchte den Platzbedarf auf einer Platine zu verringern und der CPU mehr Platz zu schaffen. Dies gelang dadurch, dass man einen Sockel umfunktionierte in einen länglichen Slot. Die CPU wurde nun so eingesteckt, das sie noch oben vom Mainboard abstand (wie bei den PCI-, ISA- oder EISA- Karten). Somit konnte man der CPU mehr Fläche zur Verfügung stellen. Dies hatte den Effekt, dass nun auch die Kühlung der CPU verbessert wurde ( je mehr Fläche, desto mehr Kühlung). Der Slot 1 verfügt über 242 Anschlusskontakte. Der Systemtakt des Sockels reichte von 66 MHz bis zu 133 MHz. Beispiele für Prozessoren: Intel Pentium II und Pentium III, alle Geschwindigkeiten. Die Versorgungsspannung musste hier zum ersten Mal nicht von Hand oder durch stecken von Jumpern eingestellt werden.

Slot A:

AMD's Antwort auf den Slot 1 war der Slot A. Dieser wurde so konzipiert, dass hier nur der AMD K7 Prozessor passte. Damit dies auch gelang, wurden hier nur kleine Änderungen an den Steckplätzen vorgenommen, wie zum Beispiel die Verschiebung des Mittelsteges innerhalb des Steckplatzes oder auch die Verdrehung von Anschlusskontakten. Der Systemtakt lag auch hier zwischen 66 MHz und 133 MHz. Dieser Slot arbeitete bereits mit Double Data Rate (DDR), was soviel bedeutet wie die Transferierung von zwei Datenworten pro Takt. Dieser Slot war voll Software - Kompatibel zu dem Slot 1 von Intel. Das Mainboard wurde auch hier so gebaut, dass die Versorgungsspannung sich selbst einstellte.

Der Cache-Zwischenspeicher:

Der Cache ist ein schneller Zwischenspeicher, der zwischen die CPU und den im Vergleich dazu relativ langsamen Arbeitsspeicher geschaltet wird. In ihm werden oft benutzte Daten abgelegt, so dass der Prozessor nicht immer auf die Daten aus dem Arbeitsspeicher warten muss. Ein Teil des Caches (der First-Level-Cache) befindet sich direkt auf der CPU und wird mit voller Prozessortaktfrequenz angesprochen, der so genannte Second-Level-Cache befindet sich auf dem Motherboard, in letzter Zeit sind Intel und AMD aber dazu übergegangen auch den 2nd-L-Cache auf die CPU zu integrieren, wo er mit halbem oder vollem CPU-Takt betrieben wird, was zu einer erheblichen Geschwindigkeitssteigerung führt.

Das BIOS:

Das BIOS (Basic Input/Output System) ist "festverdrahtete" Software (stimmt heute nicht mehr ganz), die dafür sorgt, dass der Rechner beim Start weiß, was seine wesentlichen Komponenten sind. Das BIOS führt bei jedem Start einen System-Check durch, initialisiert die Hardware und startet das Betriebssystem.

Der Chipsatz:

Der Chipsatz sorgt für die reibungslose Kommunikation zwischen den einzelnen Bestandteilen des Motherboards. Er koordiniert die Speicheranfragen, sorgt dafür, dass die CPU ihre Daten zur Verarbeitung bekommt und "verschiebt" die Daten. Der Chipsatz ist somit auch für die Steuerung der auf dem Board integrierten Schnittstellen zuständig.

Controller für Massenspeicher:

Auf den meisten Motherboard sind auch Anschlussmöglichkeiten für Speichermedien wie Disketten, Festplatten und CD-ROM-Laufwerke untergebracht. Auf die genaue Funktionsweise dieser Schnittstellen wird in den Kapiteln über die entsprechenden Geräte eingegangen.

Serielle und Parallele Schnittstelle:

Schon seit den Anfangstagen das PCs dienen diese beiden Schnittstellen zur Kommunikation mit der Außenwelt. Der durchschnittliche PC hat eine parallele und zwei serielle Schnittstellen. Der wesentliche unterschied zwischen beiden ergibt sich eigentlich schon aus dem Namen: Während seriellen Schnittstellen die Daten seriell, d. h. Bit für Bit nacheinander, übertragen, geschieht dies Bei der parallelen Schnittstelle "parallel", d.h. es werden 8 Bit gleichzeitig übertragen. Dadurch ist die parallele Schnittstelle auch achtmal schneller als die serielle. Daraus ergeben sich auch Unterschiede in der Bauart: Serielle Schnittstellen sind kleiner als parallele (ganz am Anfang war das aber noch nicht so).
Durch diese Unterschiede in der Leistungsfähigkeit ergeben sich auch die Anwendungsbereiche: An der parallelen Schnittstelle hängt der Drucker und seit neuestem (Die Datenübertragungsrate des Parallel-Ports wurde kontinuierlich gesteigert) auch Massenspeicher, wie Zip-Laufwerke und Wechselfestplatten, und Scanner. Wobei Parallelport-Scanner meiner Meinung nach doch recht langsam sind. Geräte mit einem geringeren Hunger nach Bandbreite sind mit der seriellen Schnittstelle zur Genüge bedient. Hierzu gehören in erster Linie Mäuse und Modems bzw. ISDN-Terminaladapter.

Der USB:

Der "Universal Serial Bus" gehört, wie der Name schon sagt, eigentlich zu den Bus-Systemen. Er ist hier nur kurz erwähnt, da sich auf den meisten Motherboards USB-Anschlüsse befinden. An den USB werden externe Geräte angeschlossen, die keine sehr hohen Datenübertragungsraten zum PC benötigen. Näheres kann man in der Rubrik Bus-Systeme erfahren.

Eine Ãœbersicht der verschiedenen Bus - Systeme (ISA, PCI usw. finden Sie unter Bussysteme

So entwickelten sich die Motherboards:

8088:


Ein "Motherboard" eines 8088'er. 8-Bit Technik, 8-Bit Slots für die ISA-Karten.

8088:



Der Nachfolger der 8088'er XT. 8-Bit Technik,8-Bit ISA-Steckplätze. Der Speicher ist gesockelt und daher erweiterbar. Der Speicher beträgt ca. 500 KB.

80286:



16-Bit Version für den 80286'er Prozessor. CPU und Arbeitsspeicher waren gesockelt und austauschbar. Auf dem Motherboard befinden sich sowohl 8-Bit-Slots als auch 16-Bit-ISA-Slots. Die Motherboards sind so genannte AT-Boards.

80386 mit CO-Prozessor 80387:



Die 286er Prozessoren gab es erstmals auch mit einem CO-Prozessor und unterschiedlichen Prozessorvarianten, 16 oder auch 25 MHz. Prozessor und Speicher waren austauschbar. 16-Bit ISA Slots.

80486:

Sehr viele Veränderungen und Weiterentwicklungen gab es bei den Motherboards für den 486er Prozessor. Die ersten Motherboards mit 486er Prozessor waren noch mit 16-Bit ISA-Slots ausgestattet. Als Arbeitsspeicher kamen SIMM-Module zum Einsatz. Die 486er CPU's hatten einen integrierten Coprozessor. Einige (billigere) Motherboards mussten ohne 2nd-Level-Cache-Speicher auskommen. Der 2nd-Level-Cache-Speicher ist noch nicht im Prozessor integriert.

Die nächste Generation der Motherboards für 486er CPU's bekam eine neue Schnittstelle, den so genannten Vesa Local Bus (VLB). Der Vesa Loval Bus hatte bereits 32-Bit. Beliebt waren VLB-Grafikkarten und VLB-Soundkarten.

Nach dem Vesa Local Bus kam eine neue 32-Bit-Schnittstelle auf die Motherboards. Der PCI-BUS (die drei weißen Steckplätze in der Mitte). Er löste nach und nach VLB ab.

Die letzte Generation der 486er Motherboards ist als ATX-Board ausgelegt. Das bedeutet PS/2-Anschlüsse für Tastatur und Maus, sowie USB 1.1 und einen parallele Schnittstelle für einen Drucker. Außerdem kann bei diesem Board gewählt werden, ob EDO (PS/2) Arbeitsspeicher oder der neue SD-RAM eingesetzt werden soll.

80586 - Pentium I:

Auch die ersten Motherboards für Pentium-CPU's verfügen über PCI-Steckplätze. Es gibt auch Motherboards, die sowohl über PCI- und VLB-Steckplätze verfügen. Außerdem gibt es einen neuen Arbeitsspeicher, den EDO-RAM (PS/2). Er löst den SIMM-Speicher ab.

Ein Motherboard für einen Pentium-233. 4 PCI-Slots, darunter 4 ISA-Slots. Über den 4 Speicherbänken für den PS/2 gibt es 2 neue Speicherbänke für den neuen SD-RAM. Dieses Motherboard ist immer noch ein AT-Board.

Pentium II / III:

Die nächste Generation von Motherboards hatten einige Neuerungen. Alle Motherboards waren ATX-Boards, hatten also PS/2 Stecker für Maus und Tastatur, USB-Anschlüsse sowie Anschlüsse für Serielle- und die Parallele Schnittstelle. Im Gegensatz zu AMD entwickelte IBM eine neue Form für Prozessoren. Das Gegenstück auf dem Motherboard ist der Slot 1. Außerdem gibt es neue Bausteine für den Arbeitsspeicher, den SD-RAM.

Während der Weiterentwicklung vom Pentium 3 wechselt IBM vom großen "Slot 1" zum "Sockel 370". Netzwerkkarten gibt es onboard übrigens noch nicht.


Pentium 4:


Motherboards für den Pentium 4. Der Slot 1 ist verschwunden und dem "Sockel 478" gewichen. Bei AMD gibt es den "Sockel A". Auch der 16-bittige ISA-Slot für die veralteten Karte ist verschwunden. Außerdem gibt es ATA-133 für einen höheren Datendurchsatz. Die meisten Motherboards verfügen über 2 - 6 USB-Ports onboard und eine Soundkarte onboard (meistens AC '97 Chipsatz). Einige Motherboards verfügen auch über eine Grafikkarte onboard. In den meisten Fällen ist sie aber nicht so leistungsfähig wie eine "normale" AGP-Karte. AGP-Karten schaffen jetzt 8X-AGP. Immer mehr Motherboards bekommen auch eine Netzwerkkarte "onboard". Eine weitere Neuerung ist die Stromversorgung bei Pentium IV-CPU'S. Motherboards für den Pentium IV verfügen über einen zusätzlichen 4-poligen Stromanschluss.

Die neuesten Motherboards haben einige Neuerungen:

• PCI-E-Schnittstelle. PCI-E ist der Nachfolger der PCI-Schnittstelle. Grafikkarten mit PCI-E sollen leistungsstärker sein als AGP.
• Der Arbeitsspeicher: 184er DIMMS
• S-ATA: Seriell ATA-Schnittstelle für Festplatten
• Die Motherboards verfügen über USB 2.0 Schnittstellen
• Immer mehr Motherboards haben eine schnelle Firewire-Schnittstelle zum Datentransfer onboard

Außerdem streichen immer mehr Hersteller PCI-Slots.

Die Anschlüsse eines modernen Motherboards:

• Anschluss für Maus (grün)
• Anschluss für Tastatur (blau)
• Paralleler Anschluss
• Serieller Anschluss
• Ausgänge für den Digitalen Klang (SPDIF)
• USB und Netzwerkkarte (RJ-45)
• Firewire
• Rechts Anschlüsse für Soundkarte und Ausgänge für 5.1-Sound.